Dispositif électrooptique bistable, écran comportant un tel dispositif et procédé de mise en oeuvre de cet écran

Abstract

 Au moins un élément bistable (16) est contenu dans une enceinte sous vide formée d'un premier et d'un second substrats (10, 12) scellés hermétiquement entre eux ; chaque élément bistable (16) comprend sur le premier substrat (10) une première couche d'un matériau conducteur (18), une couche de matériau photoconducteur (20), une couche d'un matériau cathodoluminescent (22), et par ailleurs un moyen (26) pour exciter le matériau cathodoluminescent ; un écran de l'invention comporte plusieurs éléments bistables (16) disposés matriciellement ; dans un mode de réalisation, le matériau photoconducteur (20) relie deux couches de matériau conducteur, l'une (18) constituant une colonne conductrice de l'écran, l'autre (24) délimitant la géométrie du pixel.
Application à la réalisation de mémoires électrooptiques et à l'affichage de haute définition.

Description

[0001] La présente invention a pour objet un dispositif électrooptique bistable, un écran comportant un tel dispositif et un procédé de mise en oeuvre de cet écran. Elle s'applique notamment à l'affichage et la visualisation mais aussi aux systèmes logiques optiques tels les calculateurs optiques.

[0002] On connaît des dispositifs électrooptiques bistables tels que ceux décrits dans le document "Electro-optic applications of ferroelectric liquid crystals to optical computing" rédigé par M.A.Handschy et al. et paru dans la revue Ferroelectrics 1988, vol.85, pp.279-289 publiée par Gordon and Breach Science publishers S.A. Ceux-ci comportent une cellule à cristal liquide accolée à une couche d'un matériau photoconducteur, l'ensemble étant commandé par un flux lumineux extérieur. La cellule à cristal liquide peut être transparente ou opaque et transmettre ou non le faisceau lumineux de commande.

[0003] Lorsque le faisceau lumineux est transmis, la résistivité du matériau photoconducteur est réduite alors que lorsque la transmission est sensiblement nulle, la résistivité devient très importante. Le passage de l'un à l'autre des états conducteur ou isolant est effectué selon une courbe d'hystérésis : à flux lumineux donné, il peut exister deux états de transmission de la cellule associée au photoconducteur tels que le matériau photoconducteur puisse être dans l'un ou l'autre état (conducteur ou isolant). Une information logique peut ainsi être enregistrée.

[0004] Des mémoires de calculateur optique fonctionnent avec de tels dispositifs bien que ceux-ci soient peu performants. En effet, le temps de basculement d'un tel dispositif bistable est long (quelques millisecondes) ce qui interdit la réalisation d'opérations logiques à hautes fréquences.

[0005] Le but de la présente invention est de fournir un dispositif électrooptique bistable à temps de basculement rapide, de l'ordre de la microseconde.

[0006] La commutation étant approximativement mille fois plus rapide que dans les dispositifs à cellule à cristal liquide, un nombre d'opérations logiques bien supérieur peut être effectué pendant une même durée.

[0007] Un dispositif conforme à l'invention présente l'avantage d'une réalisation simple utilisant des techniques de fabrication bien maîtrisées.

[0008] La présente invention concerne un dispositif électrooptique bistable comprenant :
un premier et un second substrats,
des moyens pour sceller hermétiquement les premier et second substrats entre eux de manière à réaliser une enceinte sous vide,
contenu dans ladite enceinte, au moins un élément bistable comportant :
   d'une part, supportés par le premier substrat :
    une première couche de matériau conducteur,
    une couche de matériau photoconducteur,
    une couche de matériau cathodoluminescent,
   d'autre part, un moyen pour exciter ledit matériau cathodoluminescent.

[0009] Selon une variante de réalisation, le premier substrat et la première couche de matériau conducteur sont transparents.

[0010] Selon un mode de réalisation particulier, un élément bistable comporte une seconde couche de matériau conducteur, la première et la seconde couches de matériau conducteur étant disjointes et déposées sur le premier substrat, la couche de matériau photoconducteur recouvrant au moins partiellement les première et seconde couches de matériau conducteur de manière à relier électriquement ces couches de matériau conducteur, les couches de matériau conducteur et de matériau photoconducteur formant une structure sensiblement coplanaire recouverte par la couche de matériau cathodoluminescent.

[0011] La seconde couche de matériau conducteur peut éventuellement être transparente.

[0012] Selon une variante de ce mode de réalisation, une couche isolante est intercalée entre la structure sensiblement coplanaire et la couche de matériau cathodoluminescent, cette couche isolante étant pourvue d'une ouverture percée au niveau de la seconde couche de matériau conducteur de manière à ce qu'un contact électrique soit établi entre la seconde couche de matériau conducteur et la couche de matériau cathodoluminescent. Cette couche isolante permet d'isoler la première couche de matériau conducteur et la couche de matériau cathodoluminescent, lorsque le matériau photoconducteur ne recouvre pas totalement la première couche de matériau conducteur.

[0013] Selon un autre mode de réalisation, la première couche de matériau conducteur est déposée sur le premier substrat, la couche de matériau photoconducteur recouvrant au moins partiellement la première couche de matériau conducteur, ces couches formant une structure en empilement recouverte par la couche de matériau cathodoluminescent, et en ce que ledit élément bistable comporte un moyen pour isoler électriquement la première couche de matériau conducteur de la couche de matériau cathodoluminescent.

[0014] Selon une variante de ce de mode de réalisation, ledit moyen pour isoler électriquement la première couche de matériau conducteur de la couche de matériau cathodoluminescent peut être constitué par une extension de la couche de matériau photoconducteur recouvrant totalement la première couche de matériau conducteur.

[0015] Ledit moyen pour isoler électriquement la première couche de matériau conducteur de la couche de matériau cathodoluminescent peut être constitué par une couche isolante recouvrant la structure en empilement, lorsque la couche de matériau photoconducteur recouvre partiellement la première couche de matériau conducteur, cette couche isolante étant pourvue d'une ouverture au niveau de la couche de matériau photoconducteur de manière à assurer un contact électrique entre la couche de matériau photoconducteur et la couche de matériau cathodoluminescent.

[0016] Selon une variante du deuxième mode de réalisation, la structure en empilement comprend une seconde couche de matériau conducteur recouvrant au moins partiellement la couche de matériau photoconducteur. Cette seconde couche peut être disposée en partie sur le substrat.

[0017] Le dispositif bistable possède deux modes de fonctionnement détaillés plus loin, l'un à flux lumineux d'excitation constant ou nul, l'autre à tension d'excitation constante.

[0018] Selon un mode de réalisation pour un fonctionnement à tension ou à flux d'excitation constante, le dispositif comprend une source lumineuse disposée par exemple à l'extérieur de l'enceinte.

[0019] Lorsque le dispositif de l'invention fonctionne à tension constante avec une excitation lumineuse externe, la source lumineuse externe est placée de façon avantageuse du côté du premier substrat, celui-ci ainsi que la couche de premier matériau conducteur devant être alors transparents. Par ailleurs, lorsque le dispositif de l'invention est utilisé dans un écran de visualisation, la lumière émise par le matériau cathodoluminescent est avantageusement transmis au travers des couches intercalées entre ce matériau et le premier substrat, l'ensemble devant être transparent.

[0020] Différents moyens pour exciter le matériau cathodoluminescent peuvent être employés : on peut citer notamment une source d'électrons à cathodes émissives à micropointes, une source d'électrons à diodes semiconductrices possédant une structure métal-isolant métal ou tout autre source d'électrons.

[0021] De manière avantageuse, lorsque le dispositif comprend plusieurs éléments bistables, une couche unique de matériau cathodoluminescent est commune à tous les éléments bistables.

[0022] Toujours lorsque le dispositif comprend plusieurs éléments bistables, ces éléments peuvent être arrangés en matrice. Cette disposition permet un fonctionnement multiplexé des éléments bistables, ce qui peut faciliter la commande du dispositif.

[0023] Dans un arrangement matriciel, les premières couches de matériau conducteur sont avantageusement reliées entre elles en colonnes conductrices parallèles et le moyen d'excitation est commandé selon des lignes parallèles.

[0024] Un autre objet de la présente invention consiste à mettre à profit la bistabilité du dispositif précédent et donc la possibilité de mémorisation d'un état pour réaliser un écran plat de visualisation avantageusement multiplexé très lumineux.

[0025] La présente invention concerne donc un écran plat comprenant un dispositif bistable comportant plusieurs éléments bistables arrangés en lignes et en colonnes, chaque élément bistable d'une ligne et d'une colonne formant un pixel de l'écran.

[0026] La commande d'un tel écran est multiplexée. En appliquant des tensions de commande appropriées, profitant de la bistabilité des éléments, une fois qu'un pixel adressé est placé dans un état "allumé", cet état peut être maintenu jusqu'au prochain adressage du pixel considéré, c'est-à-dire pendant tout le temps de trame. Usuellement, un état "allumé" n'est maintenu que pendant un temps d'adressage d'un pixel. La luminosité de l'écran est ainsi améliorée d'un facteur égal au nombre de lignes de l'écran.

[0027] De plus, le nombre de lignes d'un tel écran n'est pas limité. On peut réaliser des écrans de grandes dimensions tout en conservant une simplicité de commande.

[0028] Les signaux correspondant aux informations à afficher sont délivrés sur les colonnes conductrices réalisées par les premières couches de matériau conducteur reliées entre elles. Ces colonnes conductrices sont des anodes ; elles possèdent des capacités beaucoup plus faibles (d'un facteur 500 à 1000) que des cathodes sur lesquelles sont usuellement appliqués ces signaux.

[0029] La puissance capacitive nécessaire pour commander l'écran s'en trouve réduite d'autant. En effet, les sources d'électrons ont des épaisseurs limités et donc de fortes capacités alors qu'un élément bistable compte-tenu de l'épaisseur de vide a une capacité plus faible.

[0030] La présente invention concerne aussi un procédé pour la mise en oeuvre d'un tel écran.

[0031] Les pixels de l'écran pouvant prendre un état "allumé" ou "éteint", le procédé consiste à :
adresser successivement les lignes de pixels,
lors de l'adressage d'une ligne,
porter tous les pixels de cette ligne dans un état "éteint", puis allumer les pixels de cette ligne devant l'être,
maintenir les pixels des lignes non adressées dans celui des états pris pendant l'adressage précédent.

[0032] Selon un mode de réalisation particulier,
V0 étant une tension de seuil inférieur pour la bistabilité d'un élément bistable,
V1 étant une tension de seuil supérieur pour la bistabilité d'un élément bistable,
l'état d'un pixel situé au croisement d'une ligne et d'une colonne étant commandé en appliquant une différence de potentiel entre cette colonne conductrice (anode) et une cathode dudit moyen pour exciter le matériau cathodoluminescent, cette cathode excitant la ligne considérée,

A - lors de l'adressage d'une ligne :

a) pendant une durée Te, on porte la cathode considérée à un potentiel -VlN puis,

b) pendant une durée Ta, on porte la cathode considérée à un potentiel -VlB,

1) pour allumer le pixel situé à l'intersection de la ligne considérée et de la colonne considérée,

i) pendant la durée Te, on porte la colonne à un potentiel -Vc, avec la condition VlN - Vc < V0,

ii) pendant la durée Ta, on porte la colonne à un potentiel Vc, avec la condition VlB + Vc > V1,

2) pour éteindre le pixel situé à l'intersection de la ligne considérée et de la colonne considérée,

i) pendant la durée Te, on porte la colonne à un potentiel Vc, avec la condition VlN + Vc < V0,

ii) pendant la durée Ta, on porte la colonne à un potentiel -Vc, avec la condition VlB - Vc < V1,

B - en dehors de l'adressage de la ligne considérée, on porte la cathode considérée à un potentiel -Vr tel que Vr + Vc < V1 et Vr - Vc > V0 pour maintenir les pixels de la ligne considérée dans celui des états pris à l'adressage précédent.

[0033] Les caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront mieux après la description qui suit donnée à titre explicatif et nullement limitatif. Cette description se réfère à des dessins annexés sur lesquels :

• la figure 1 représente schématiquement une vue en coupe d'un dispositif conforme à l'invention,
• la figure 2A représente schématiquement une vue partielle d'un dispositif conforme à l'invention,
• la figure 2B représente schématiquement une variante de réalisation d'un élément bistable,
• la figure 3 représente une variante de réalisation d'un élément bistable,
• la figure 4 représente schématiquement un premier mode de réalisation d'un moyen d'excitation d'une couche cathodoluminescente,
• la figure 5 représente schématiquement un second mode de réalisation d'un moyen d'excitation d'une couche cathodoluminescente,
• la figure 6 représente schématiquement un troisième mode de réalisation d'un moyen d'excitation d'une couche cathodoluminescente,
• la figure 7 représente schématiquement une courbe d'hystérésis mettant en évidence la bistabilité d'un élément bistable lors d'une excitation à tension de commande constante,
• la figure 8 représente schématiquement une courbe d'hystérésis mettant en évidence la bistabilité d'un élément bistable lors d'une excitation à flux lumineux d'entrée constant,
• la figure 9 représente schématiquement un écran de visualisation conforme à l'invention,
• les figures 10 et 11 représentent chacune une vue partielle et schématique d'une coupe d'un élément bistable pour la réalisation de cet écran,
• les figures 12A à 12E représentent schématiquement des chronogrammes pour la commande d'un état allumé et éteint d'un pixel de l'écran.

[0034] La figure 1 représente schématiquement une vue en coupe d'un dispositif électrooptique bistable conforme à l'invention. Ce dispositif comporte un premier substrat 10 éventuellement transparent, par exemple en verre, et un second substrat 12, par exemple en verre lui aussi.

[0035] Un joint 14 par exemple en verre fusible scelle hermétiquement les premier et second substrats 10, 12 entre eux de manière à obtenir une enceinte dans laquelle on réalise un vide poussé (par exemple, 10⁻⁶ mm Hg).

[0036] Dans la réalisation représentée, le dispositif comprend, contenus dans ladite enceinte, plusieurs éléments bistables 16 disposés matriciellement suivant des lignes et des colonnes. Chaque élément bistable 16 comprend, supportées par le premier substrat, une série de couches formant une structure en empilement.

[0037] Une première couche 18 de matériau conducteur, éventuellement transparente, par exemple en oxyde d'indium et d'étain (ITO) est déposée sur le substrat 10 ; cette couche 18 possède une épaisseur de par exemple 500 Å ; une couche de matériau photoconducteur 20, par exemple formée d'un empilement de silicium amorphe dopé n⁺ (a-Si-n⁺), de silicium amorphe (a-Si) et de silicium amorphe dopé n⁺ (a-Si-n⁺), recouvre totalement la première couche de matériau conducteur 18 ; cette couche 20 possède par exemple une épaisseur de 1 à 2 µm. Une couche de matériau cathodoluminescent 22 par exemple en sulfure de zinc (ZnS) recouvre la couche de matériau photoconducteur 20, cette couche 22 possède par exemple une épaisseur de 10 µm. Eventuellement une seconde couche de matériau conducteur transparent 24 (ITO, par exemple) est déposée de manière à réaliser un contact entre la couche de matériau photoconducteur 20 et la couche de matériau cathodoluminescent 22. Ce contact définit la zone active de chaque élément bistable. Cette couche 24 possède par exemple une épaisseur de 500 à 1000 Å.

[0038] Cette couche permet d'assurer un bon contact ohmique entre le matériau photoconducteur et le matériau cathodoluminescent 22.

[0039] On peut voir sur la figure 2A qu'une couche unique de matériau cathodolumiscent 22 est commune à tous les éléments bistables. De cette manière, le dépôt de cette couche est simplifié.

[0040] On peut aussi voir sur la figure 2A que les premières couches de matériau conducteur 18 sont reliées entre elles pour former des colonnes conductrices. De cette manière, on peut effectuer une commande multiplexée des éléments bistables 16 si le moyen d'excitation est commandable en ligne. La couche 24 est gravée de façon à ce que les contacts entre la couche 20 et la couche 22 ainsi réalisés définissent des éléments bistables distincts.

[0041] La figure 2B représente schématiquement une variante de réalisation d'un élément bistable dans un agencement en empilement. Sur cette vue en coupe, on voit qu'une couche isolante 23 recouvre la couche de matériau photoconducteur 20. Cette couche isolante 23 possède une ouverture 25 dégageant la base de la couche de matériau photoconducteur 20 de manière à assurer un contact électrique entre la couche 20 et la couche de matériau photoluminescent 22.

[0042] La figure 3 représente schématiquement une variante de réalisation d'un élément bistable. Les couches sont disposées suivant une structure sensiblement coplanaire. La première couche de matériau conducteur 18 ainsi que la seconde couche de matériau conducteur 24 sont déposées sur le premier substrat 10 ; la couche de matériau photoconducteur 20 recouvre totalement le matériau conducteur 18 et partiellement la couche 24. La couche de matériau cathodoluminescent 22 recouvre la structure coplanaire 18, 20, 24, tout en n'ayant aucun contact avec la couche 18 et un contact avec la couche 24.

[0043] A nouveau sur la figure 1, on voit qu'un élément bistable 16 comporte encore un moyen 26 pour exciter la couche de matériau cathodoluminescent 22. Ce moyen 26 est une source d'électrons supportée par le second substrat 12.

[0044] Dans l'exemple de réalisation représenté sur la figure 1, où les éléments bistables 16 sont disposés en matrice, le moyen 26 permet une excitation des lignes successives d'éléments bistables.

[0045] La figure 4 représente schématiquement un premier exemple de réalisation d'un moyen 26 pour exciter la couche cathodoluminescente. Il s'agit d'une source d'électrons à cathodes émissives à micropointes. On trouve par exemple une description d'une telle source d'électrons dans la demande de brevet français n° 2 623 013.

[0046] Dans la réalisation représentée sur la figure 4, des lignes conductrices 28 sont déposées sur le substrat 12. Ces lignes supportent des micropointes 30 aptes à émettre des électrons. Elles sont recouvertes d'une couche isolante 32 percée d'orifices 34 aux emplacements des micropointes 30.

[0047] Une grille 36 unique, percée d'orifices 38 en regard des orifices 34 des couches isolantes 32, est déposée sur ces couches isolantes 32.

[0048] Selon un autre mode de réalisation (non représenté) d'une telle source d'électrons, des lignes sont formées sur la grille alors que les micropointes reposent sur une couche conductrice commune.

[0049] La figure 5 représente schématiquement un second exemple de réalisation d'un moyen pour exciter la couche cathodoluminescente. Il s'agit d'une source d'électrons à diodes possédant une structure métal-isolant-métal, dite MIM (ou encore MDM pour métal-diélectrique-métal).

[0050] On trouve une description d'une telle source d'électrons dans le livre de Fridrikhov et Movnine, intitulé "Bases physiques de la technique électronique" paru aux éditions Mir.

[0051] Dans la réalisation représentée sur la figure 5, des lignes conductrices 38 en métal reposent sur le substrat 12. Chaque ligne conductrice 38 est recouverte d'une couche diélectrique 40 mince. Les couches diélectriques (isolantes) 40 sont recouvertes par un film métallique unique 42.

[0052] Aux emplacements des lignes conductrices 38, la structure MIM forme une diode apte à émettre des électrons.

[0053] La figure 6 représente schématiquement un troisième exemple de réalisation d'un moyen pour exciter la couche cathodoluminescente. Il s'agit d'une source d'électrons à diodes semi-conductrices. On trouve une description d'une telle source d'électrons dans le livre précité.

[0054] Les sources à structure semi-conducteur-métal et les sources à jonctions p-n appartiennent à la catégorie des sources à diodes semi-conductrices.

[0055] Sur la figure 6, on a représenté à titre d'exemple non limitatif une source d'électrons à structure semi-conducteur-métal. Des lignes de matériau semi-conducteur 44 reposent sur le substrat 12. Ces lignes 44 sont recouvertes par une couche métallique 46.

[0056] Quelle que soit la source d'électrons retenue, celle-ci ne fonctionne que convenablement polarisée au regard d'un potentiel appliqué sur la première couche de matériau conducteur 18 (fig.1).

[0057] Les tensions de commande adéquates sont appliquées par l'intermédiaire d'un moyen de commande 48 que l'on peut voir sur la figure 1. Ce moyen de commande 48 est relié aux électrodes (18, 28, 36 ou 18, 38, 42 ou 18, 44, 46) qui doivent l'être par des contacts sortant de l'enceinte. Les couches de matériau conducteur 18 jouent le rôle d'anode ; les lignes dessinées dans les sources d'électrons sont des cathodes.

[0058] On décrit maintenant un premier mode de fonctionnement d'un élément bistable en référence à la figure 7 représentant un flux lumineux de sortie Fs émis par le matériau cathodoluminescent (ou ce qui revient au même une tension d'accélération Va des électrons émis par la source d'électrons) en fonction de la tension Vak appliquée entre l'anode et la cathode à l'intersection desquelles se situe l'élément bistable considéré.

[0059] Le courant émis par la source d'électrons 26 (fig.1) est maintenu fixe par application d'une tension de commande adéquate. Cette tension est appliquée entre la grille 36 et la cathode 28 considérée pour une source d'électrons à cathodes émissives à micropointes (fig.4), entre le film métallique 42 et la couche métallique 38 constituant la cathode considérée pour une structure MIM (fig.5), ou entre la couche métallique 46 et la couche semi-conductrice 44 constituant la cathode considérée pour une structure semi-conductrice (fig.6).

[0060] Les électrons émis par la source d'électrons sont plus ou moins accélérés en fonction de la valeur de la différence de potentiel Vak appliquée entre l'anode et la cathode considérées.

[0061] On voit sur la figure 7 (partie A de la courbe), qu'en augmentant Vak, la tension d'accélération Va des électrons, après être restée sensiblement égale à une valeur minimale, passe brusquement à une valeur maximale lorsque Vak dépasse un seuil V1 environ égal à 100 V.

[0062] Lorsqu'on diminue Vak à partir d'une valeur supérieure à V1 (partie B de la courbe), la tension Va conserve sensiblement sa valeur maximale puis chute brusquement à sa valeur minimale lorsque Vak devient inférieur à un seuil Vo environ égal à 90 V.

[0063] La courbe décrivant le flux lumineux de sortie Fs est identique à celle décrivant le comportement de Va. En effet, lorsque la tension d'accélération est faible, le matériau cathodoluminescent émet peu de lumière et la conductivité du matériau photoconducteur est faible.

[0064] Plus on augmente la différence de potentiel Vak, plus les électrons sont accélérés et produisent de la cathodoluminescence. Lorsqu'on franchit le seuil V1, la résistance du matériau photoconducteur devient minimale et la tension d'accélération, donc le flux lumineux de sortie deviennent maximaux.

[0065] Le phénomène est similaire mais en sens inverse, lorsque Vak décroît. La courbe décrit un cycle d'hystérésis comprenant une zone de fonctionnement entre V0 et V1 à deux états stables. Pour ce premier mode de fonctionnement, le flux lumineux d'entrée, flux lumineux extérieur dirigé vers le matériau photoconducteur est considéré constant ou nul.

[0066] En référence à la figure 8, on décrit maintenant un second mode de fonctionnement dans lequel la différence de potentiel Vak est maintenue constante et la variation du flux lumineux de sortie dépend de la variation d'un flux lumineux d'entrée.

[0067] Comme on peut le voir sur la figure 1, ce flux lumineux d'entrée est délivré par une source lumineuse 50 disposée à l'extérieur de l'enceinte contenant les éléments bistables. Cette source lumineuse est commandée par les moyens de commande 48. Les différents éléments bistables peuvent être éclairés indépendamment les uns des autres de façon avantageuse à partir du substrat 10.

[0068] Une telle source lumineuse 50 peut être par exemple réalisée par un ou plusieurs lasers ou un ou plusieurs autres éléments bistables par exemple.

[0069] De retour à la figure 8, on voit qu'on fait varier la conductivité du matériau photoconducteur en le soumettant à un flux lumineux d'entrée Fe de plus en plus intense. En dessous d'un seuil F1 (partie C de la courbe), la conductivité est minimale et donc comme précédemment, la tension Vak est pratiquement entièrement ramenée aux bornes du matériau photoconducteur pour une tension d'accélération faible. Le flux lumineux de sortie Fs est donc minimal. Au-dessus du seuil F1, la conductivité est maximale ; la tension aux bornes du matériau photoconducteur est négligeable et la tension d'accélération devient maximale : le flux lumineux de sortie Fs est maximal.

[0070] En diminuant le flux lumineux d'entrée (partie D de la courbe) on obtient le phénomène inverse et un basculement de la valeur maximale à la valeur minimale de Fs lorsque Fe devient inférieur à une valeur de seuil Fo.

[0071] La courbe décrit donc un cycle d'hystérésis comprenant une zone de fonctionnement comprise entre Fo et F1 à deux états stables.

[0072] Dans l'un ou l'autre des modes de fonctionnement le basculement de l'un à l'autre des états stables est obtenu en un temps de l'ordre de la miscroseconde. On peut ainsi réaliser des mémoires optoélectroniques rapides, compétitives avec les systèmes électroniques et simples à réaliser.

[0073] Outre des mémoires optoélectroniques, un dispositif conforme à l'invention permet la réalisation d'un écran plat de visualisation.

[0074] Un tel écran est représenté schématiquement sur la figure 9. Il reprend les éléments du dispositif électrooptique bistable décrit précédemment et les références adoptées sont identiques à celles de la figure 1. Dans le reste de la description, on considèrera que cet écran est observé du côté du substrat 10.

[0075] L'écran est matriciel ; les éléments bistables 16 sont arrangés en lignes et en colonnes : chaque élément bistable correspond à un pixel de l'écran. Les premières couches de matériau conducteur 18 sont reliées entre elles pour former des colonnes conductrices et les sources d'électrons sont commandées en ligne, un élément bistable étant défini à l'intersection des lignes et des colonnes.

[0076] Comme on peut le voir sur les figures 2A, 2B, 3, 10 et 11, plusieurs arrangements des couches supportées par le substrat transparent 10 sont possibles.

[0077] Une autre structure coplanaire que celle de la figure 3 est représentée schématiquement en coupe sur la figure 10.

[0078] La première et la seconde couches de matériau conducteur 18, 24 sont déposées sur le premier substrat 10 : la première couche 18 comme on l'a vu, sous forme d'une colonne conductrice, la seconde 24 définissant les dimensions du pixel, cette seconde couche étant transparente.

[0079] Dans la réalisation représentée sur la figure 10, les première et seconde couches de matériau conducteur 18, 24 sont reliées entre elles par une couche de matériau photoconducteur 20 les recouvrant partiellement.

[0080] Une couche de matériau isolant 23 recouvre cet arrangement coplanaire à l'exception d'un emplacement correspondant à une ouverture 25 et situé au niveau de la seconde couche conductrice 24.

[0081] Cet arrangement coplanaire est recouvert par un dépôt de matériau cathodoluminescent 22 qui possède un contact électrique avec la seule seconde couche 24.

[0082] La figure 11 représente schématiquement une coupe d'une autre structure en empilement que celles représentées figures 1, 2A et 2B. La première couche de matériau conducteur 18, déposée sur le substrat 10, est recouverte par une couche de matériau photoconducteur 20. Une seconde couche de matériau conducteur 24 présente une partie 24A qui recouvre au moins partiellement la couche de matériau photoconducteur 20 et une autre partie reposant sur le substrat 10 dont la géométrie définit les dimensions du pixel.

[0083] La structure est recouverte par une couche de matériau cathodoluminescent 22.

[0084] Comme on l'a vu précédemment, la source d'électrons 26 (fig.9) est apte à exciter les lignes successives de pixels à l'écran sous l'action du moyen de commande 48.

[0085] A chaque adressage d'une ligne de l'écran, le moyen de commande 48 délivre des signaux de commande sur les colonnes conductrices pour allumer ou éteindre les pixels de cette ligne.

[0086] Les figures 12A à 12E représentent schématiquement des chronogrammes pour la commande de l'état d'un pixel de l'écran. Sur ces schémas, les échelles d'amplitude des potentiels ne sont pas respectées.

[0087] La commande de l'écran est effectuée à flux lumineux d'entrée et courant d'électrons constants. On fait varier la conductivité du matériau photoconducteur du pixel considéré en faisant varier la différence de potentiels appliquée entre l'anode et la cathode (à savoir la colonne conductrice associée au pixel et par exemple la ligne conductrice d'une source d'électrons à cathodes émettrices à micropointes, le pixel considéré étant disposé à l'intersection de cette ligne et de cette colonne).

[0088] Lorsque la conductivité du matériau photoconducteur est minimale, la tension d'accélération des électrons est minimale et le pixel est dans un état éteint. Lorsque la conductivité du matériau photoconducteur est maximale, la tension d'accélération des électrons est maximale et le pixel est dans un état allumé.

[0089] Conformément au procédé de l'invention, on adresse successivement les lignes de pixels. La figure 12A représente le potentiel Vl appliqué sur une cathode (ligne) en fonction du temps.

[0090] Une ligne donnée est adressée tous les temps de trame Tt. La durée d'adressage d'une ligne Tl est divisée en deux périodes : une première période Te consacrée à l'effacement de l'état des pixels de la ligne adressée (tous les pixels sont portés dans un état éteint), une seconde période Ta d'adressage proprement dit pendant laquelle les pixels sont portés dans l'état qu'ils doivent prendre.

[0091] Pendant la durée Te, Vl prend une valeur -VlN, avec VlN par exemple égale à 80 V ; pendant Ta, Vl prend une valeur -VlB avec VlB par exemple égale à 100 V. Vl prend la valeur -Vr le reste du temps avec Vr par exemple égale à 95 V.

[0092] La figure 12B représente schématiquement le potentiel VcB appliqué sur une colonne conductrice pour obtenir un pixel dans un état allumé.

[0093] Pendant la période d'effacement Te, le potentiel VcB prend la valeur -Vc. Les valeurs Vc et VlN sont choisies telles que VlN ± Vc soit inférieure à Vo valeur de seuil inférieure de l'élément bistable (fig.7). Comme on l'a vu précédemment, Vo peut être égale à 90 V. VlN étant choisie égale à 80 V, Vc est par exemple égale à 4 V.

[0094] Pendant la période Ta, VcB prend la valeur Vc.

[0095] La figure 12C représente schématiquement la différence de potentiels Vak entre anode et cathode pour porter un pixel dans un état allumé. Pendant la période d'effacement Te, Vak prend la valeur VlN - Vc, c'est-à-dire dans l'exemple décrit 76 V qui est bien inférieure à Vo, le matériau photoconducteur possède une conductivité minimale entraînant une tension d'accélération minimale des électrons d'excitation ; le flux lumineux de sortie est négligeable : quel que soit son état précédent (représenté par des pointillés sur la figure 12C), le pixel est porté dans un état éteint.

[0096] Pendant la période d'adressage Ta, Vak prend la valeur VlB + Vc, c'est-à-dire dans l'exemple décrit 104 V qui est bien supérieure à la valeur de seuil V1 (fig.7). La conductivité du matériau photoconducteur devient maximale entrainant un flux lumineux de sortie maximal : le pixel est bien allumé.

[0097] La figure 12D représente schématiquement le potentiel VcN appliqué sur une colonne conductrice pour obtenir un pixel dans un état éteint.

[0098] Pendant la période d'effacement Te, le potentiel VcN prend la valeur Vc puis la valeur -Vc pendant la période d'adressage.

[0099] La figure 12E représente schématiquement la différence de potentiels Vak entre anode et cathode pour porter un pixel dans un état éteint quel que soit son état précédent représenté par des pointillés sur la figure 12E.

[0100] Pendant la période d'effacement, Vak prend la valeur VlN + Vc, c'est-à-dire dans l'exemple décrit 84 V qui est bien inférieure à Vo : le pixel est porté dans un état éteint.

[0101] Pendant la période d'adressage Ta, Vak prend la valeur VlB - Vc, c'est-à-dire dans l'exemple décrit 96 V, qui est bien inférieure à V1 : le pixel reste dans l'état précédent, à savoir éteint.

[0102] Entre deux périodes d'adressage d'une ligne, les états pris par les pixels de cette ligne sont mémorisés par les éléments bistables correspondant à chaque pixel. Les colonnes sont en permanence portées à un potentiel ± Vc pour la commande des pixels des autres lignes. Entre deux adressages, chaque ligne est portée à une valeur de potentiel -Vr. Les valeurs Vr et Vc sont telles que le potentiel Vak = Vr ± Vc, entre deux adressages, soit compris entre Vo et V1. On a vu plus haut que Vr est choisie par exemple égale à 95 V et Vc à 4 V ; Vr ± Vc est donc bien contenue dans la gamme allant de 90 à 100 V, c'est-à-dire dans la zone de bistabilité permettant de maintenir les pixels de la ligne considérée dans l'état pris pendant l'adressage précédent.

[0103] La mémorisation de l'état des pixels explique la necessité d'une période d'effacement avant chaque nouvel adressage.

[0104] Si N est le nombre de lignes d'un écran, grâce à cette mémorisation, un état allumé d'un pixel est maintenu N fois plus longtemps que dans un écran usuel où l'état allumé n'est maintenu que dans la période d'adressage de la ligne correspondante. On obtient donc un écran beaucoup plus lumineux que dans l'art antérieur.

[0105] De plus, pour un tel écran, le nombre de lignes n'est plus une contrainte. La réalisation d'écrans de grandes dimensions et à grand nombre de lignes pour un affichage de haute définition est possible.

[0106] L'invention ne se limite nullement aux exemples de réalisation plus spécialement décrits et représentés ; elle en admet au contraire toutes les variantes. En particulier, d'autres types de sources d'électrons sont utilisables ou bien, pour un écran, d'autres procédés de mise en oeuvre sont possibles.

Revendications

1. Dispositif électrooptique bistable, caractérisé en ce qu'il comprend :
un premier et un second substrats (10, 12),
des moyens (14) pour sceller hermétiquement les premier et second substrats (10, 12) entre eux de manière à réaliser une enceinte sous vide,
contenu dans ladite enceinte, au moins un élément bistable (16) comportant :
   d'une part, supportés par le premier substrat (10) :
    une première couche de matériau conducteur (18),
    une couche de matériau photoconducteur (20),
    une couche de matériau cathodoluminescent (22),
   d'autre part, un moyen (26) pour exciter ledit matériau cathodoluminescent (22).

2. Dispositif électrooptique bistable selon la revendication 1, caractérisé en ce que le premier substrat (10) et la première couche de matériau conducteur (18) sont transparents.

3. Dispositif électrooptique bistable selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'un élément bistable (16) comporte une seconde couche (24) de matériau conducteur, la première et la seconde couches de matériau conducteur (18, 24) étant disjointes et déposées sur le premier substrat (10), la couche de matériau photoconducteur (20) recouvrant au moins partiellement les première et seconde couches de matériau conducteur (18, 24) de manière à relier électriquement ces couches de matériau conducteur (18, 24), les couches de matériau conducteur et de matériau photoconducteur (20) formant une structure sensiblement coplanaire recouverte par la couche de matériau cathodoluminescent (22).

4. Dispositif électrooptique bistable selon la revendication 3, caractérisé en ce que la seconde couche de matériau conducteur (24) est transparente.

5. Dispositif électrooptique bistable selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'une couche isolante (23) est intercalée entre la structure sensiblement coplanaire (18, 20, 24) et la couche de matériau cathodoluminescent (22), cette couche isolante (23) étant pourvue d'une ouverture (25) percée au niveau de la seconde couche de matériau conducteur (24) de manière à ce qu'un contact électrique soit établi entre la seconde couche de matériau conducteur et la couche de matériau cathodoluminescent.

6. Dispositif électrooptique bistable selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la première couche de matériau conducteur (18) est déposée sur le premier substrat (10), la couche de matériau photoconducteur (20) recouvrant la première couche de matériau conducteur (18), ces couches formant une structure en empilement recouverte par la couche de matériau cathodoluminescent (22), et en ce que ledit élément bistable comporte un moyen pour isoler électriquement la première couche de matériau conducteur (18) de la couche de matériau cathodoluminescent (22).

7. Dispositif électrooptique bistable selon la revendication 6, caractérisé en ce que ledit moyen pour isoler électriquement la première couche de matériau conducteur (18) de la couche de matériau cathodoluminescent (22) est constitué par une extension de la couche de matériau photoconducteur (20) recouvrant totalement la première couche de matériau conducteur (18).

8. Dispositif électrooptique bistable selon la revendication 6, caractérisé en ce que ledit moyen pour isoler électriquement la première couche de matériau conducteur (8) de la couche de matériau cathodoluminescent (22) comprend une couche isolante (23) recouvrant la structure en empilement, cette couche isolante (23) étant pourvue d'une ouverture (25) au niveau de la couche de matériau photoconducteur (20) de manière à assurer un contact électrique entre la couche de matériau photoconducteur (20) et la couche de matériau cathodoluminescent (22).

9. Dispositif électrooptique bistable selon la revendication 6 ou 7 ou 8, caractérisé en ce que la structure en empilement comprend une seconde couche de matériau conducteur (24) recouvrant la couche de matériau photoconducteur (20).

10. Dispositif électrooptique bistable selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'il comprend une source lumineuse.

11. Dispositif électrooptique bistable selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que le moyen (26) pour exciter le matériau cathodoluminescent comporte une source d'électrons à cathodes émissives à micropointes.

12. Dispositif électrooptique bistable selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que le moyen (26) apte à exciter le matériau cathodoluminescent comporte une source d'électrons à diodes possédant une structure métal-isolant-métal.

13. Dispositif électrooptique bistable selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que le moyen (26) apte à exciter le matériau cathodoluminescent comporte une source d'électrons à diodes semi-conductrices.

14. Dispositif électrooptique bistable selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, caractérisé en ce que le dispositif comprenant plusieurs éléments bistables (16), une couche unique de matériau cathodoluminescent (22) est commune à tous les éléments bistables (16).

15. Dispositif électrooptique bistable selon l'une quelconque des revendications 1 à 14, caractérisé en ce que le dispositif comprenant plusieurs éléments bistables (16), ces éléments bistables (16) sont arrangés en lignes et en colonnes suivant une matrice.

16. Dispositif électrooptique bistable selon la revendication 15, caractérisé en ce que les premières couches de matériau conducteur (18) sont reliées entre elles en colonnes conductrices parallèles, le moyen (26) pour exciter ledit matériau cathodoluminescent (22) étant apte à exciter des lignes parallèles.

17. Ecran plat de visualisation, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif conforme à l'une quelconque des revendications 15 et 16, chaque élément bistable correspondant à un pixel de l'écran.

18. Procédé pour la mise en oeuvre d'un écran conforme à la revendication 17, caractérisé en ce que les pixels de l'écran pouvant prendre un état "allumé" ou "éteint", le procédé consiste à :
adresser successivement les lignes de pixels,
lors de l'adressage d'une ligne,
porter tous les pixels de cette ligne dans un état "éteint", puis allumer les pixels de cette ligne devant l'être,
maintenir les pixels des lignes non adressées dans celui des états pris pendant leur adressage précédent.

19. Procédé selon la revendication 18, caractérisé en ce que,
V0 étant une tension de seuil inférieur pour la bistabilité d'un élément bistable,
V1 étant une tension de seuil supérieur pour la bistabilité d'un élément bistable,
l'état d'un pixel situé au croisement d'une ligne et d'une colonne étant commandé en appliquant une différence de potentiel entre cette colonne conductrice (anode) et une cathode dudit moyen pour exciter le matériau cathodoluminescent, cette cathode excitant la ligne considérée,

A - lors de l'adressage d'une ligne :

a) pendant une durée Te, on porte la cathode considérée à un potentiel -VIN puis,

b) pendant une durée Ta, on porte la cathode considérée à un potentiel -VlB,

1) pour allumer le pixel situé à l'intersection de la ligne considérée et de la colonne considérée,

i) pendant la durée Te, on porte la colonne à un potentiel -Vc, avec la condition VIN - Vc < V0,

ii) pendant la durée Ta, on porte la colonne à un potentiel Vc, avec la condition VlB + Vc > V1,

2) pour éteindre le pixel situé à l'intersection de la ligne considérée et de la colonne considérée,

i) pendant la durée Te, on porte la colonne à un potentiel Vc, avec la condition VlN + Vc < V0,

ii) pendant la durée Ta, on porte la colonne à un potentiel -Vc, avec la condition VlB - Vc < V1,

B - en dehors de l'adressage de la ligne considérée, on porte la cathode considére à un potentiel -Vr tel que Vr + Vc < V1 et Vr - Vc > V0 pour maintenir les pixels de la ligne considérée dans celui des états pris à l'adressage précédent.

Dessins